大学物理演示实验启发式教学模式

物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式（机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等）及其相互作用规律的学科。

它的基本理论渗透在自然科学的一切领域，是工程技术的基础。

物理学以实验为基础，物理实验体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。

物理演示实验教学作为物理实验教学中的重要一环，通过对具体物理现象的展示，不仅有助于学生理解和掌握物理理论知识，而且还对于激发学生学习兴趣，培养学生观察能力、思维能力、创新能力、探索精神起着重要作用。

一、演示物理实验课程的特点与意义大学物理演示实验是教师将实验的具体操作过程和结果演示给学生看并同步讲解物理机理的实验过程，并且演示实验课程灵活多变，内容可不受课本限制，选材丰富多样；教学方式灵活，可教师本人操作，也可学生动手参与；授课时间自由，可以在课堂内进行，也可以在课外进行。

对于理工科专业学生而言在物理学课程学习中，对于一些不常见、复杂的物理现象，学生往往缺乏感性认识，因此学生感到难于理解相关概念，演示实验把抽象的物理定理、定律、法则转化成直观的、清晰的、持久的物理图像展示给学生，培养学生对问题的观察和分析能力，训练学生实验技能和科学探究能力。

同时通过生动直观的演示，可以消除学生在学习物理学中因抽象、枯燥而产生的畏难、厌烦的心理，激发学生学习物理学的兴趣，增强授课的科学性、精彩性、趣味性。

对于文科学生而言，通过物理演示实验课程的学习，能普及相关科学技术知识，增强他们的科学素养，为今后运用科学的思想、方法去分析问题、解决问题，打下良好的基础，进一步增强他们的理论联系实际的能力。

二、演示物理实验课程建设在以综合素质、创新能力为培养目标的人才培养模式下，河北联合大学在大学物理演示实验室的建设投入大量人力、物力。

建成教学内容涉及力学、热学、电学、光学、近代物理各个物理学分支的多个演示实验室，开设60多项演示实验项目。

在为大学物理课程提供教学辅助的同时，每学年面向全校理、工、文、法学院各专业学生开设物理实验欣赏公共选修课程供学生选修。

教学实践中，根据演示实验项目侧重演示内容的不同，划分出不同的演示实验室，如将涉及到动量守恒、共振等内容的演示实验项目划分至力学演示实验室，将涉及涡流、尖端放电等内容的演示实验划分至电学演示实验室，将涉及全息照相、光的衍射等内容的演示实验划分至光学演示实验室。

结合演示实验课程班级容量不宜太大的特点，使得物理实验欣赏公共选修课每学期严格控制选课人数，并将选课学生划分为10人左右的多个小组，将各个小组设定不同课时段到不同演示实验室，循环听课学习。

一个课时段内，一组学生在一个演示实验室内听课并参与演示实验操作，教师有针对性的提出问题，进行讲解、指导。

演示实验课程结束后，学生要对自己感兴趣的问题写成小论文形式的课程总结。

教师根据学生的课堂表现与课程总结完成情况期末给予总评。

经过多个学期的教学实践，发现演示实验极大地激发了大学生对物理的学习兴趣，下面结合我们开设物理实验欣赏公共选修课程的教学实践，就大学物理演示实验课程的启发式教学模式进行初步探讨，并进一步探索提高演示实验教学质量的方法和途径。

三、启发式教学模式在演示实验教学中的应用首先，面向全校理、工、文、法学院各专业学生开设物理实验欣赏公共选修课程，与面向物理专业或工科专业开设演示物理课程不同，学生来自于不同专业、不同学科层次，因而具有各个不同的学科特点。

对于工科类学生，他们往往对于物理实验现象有着直观的认识，应侧重培养他们应用物理机制应对实际问题的能力，积极培养他们的创新意识；对于理科类学生，他们往往有着优秀的逻辑思维能力，有着探询未知事物的强烈好奇心，应侧重培养他们观察实验现象，探索实验规律的严谨的科学研究方法；对于文科类学生，他们对于世界的认知更加感性，应侧重实验现象的感官认识，通过丰富多彩的演示实验，使其亲身感受到物理学的魅力，培养他们对于物理学以致自然科学的兴趣，同时增强他们的理论联系实际的能力。

因此，面对不同专业、不同学科层次组成的学生，物理实验欣赏课程中我们尝试采取了启发式教学模式。

传统的演示实验课程往往是通过教师机械的操作实验仪器，讲解实验原理，学生被动接受知识的过程来完成的。

而我们所采取的启发式教学模式，首先由教师带领学生观察实验仪器，分析仪器设备构造，这使得对于机器设备没有相关操作经验和基础的文科类学生也能了解一些基本的仪器设备知识，为进一步自己动手操作演示实验设备打下基础，在此基础上由教师提出问题，学生们动手操作演示实验仪器观察实验现象，在师生互动讨论过程中总结实验现象，分析其中的物理机制。

下面以电学演示实验中的“手触电池演示实验”为例简述启发式教学模式在演示实验教学中的应用。

1.观察实验仪器，分析仪器设备构造教师首先带领学生观察实验设备构造，设备由两块金属板、一个电流表构成，并提示学生两块金属板颜色不同，学生分析后认为一块为铜板、另一块为铝板。

2.动手操作演示实验仪器，观察实验现象分析实验设备构造后，教师鼓励学生们主动把双手放上去，观察实验现象。

同学们完成实验后都观察到了电流表偏转的现象。

3.总结实验现象教师进一步启发学生们，总结自己观察到的实验现象有哪些规律。

有同学提出指针偏转方向始终为单一方向，有同学提出不同人触摸金属板电流表指针偏转的幅度不一样。

教师在肯定学生发现的实验规律基础上，进一步引导学生，分析为什么电流表指针偏转的幅度不一样。

有学生提出是不是和压力有关，教师鼓励学生自己去验证，通过试验不同压力，发现其不影响指针偏转幅度，因而否定了这种猜测。

有同学提出，与手的湿度有关，因为他观察到有些同学手上汗水比较多，教师鼓励学生验证湿度的影响，学生想到首先把手放上去，观察电流表指针偏转，然后在自来水下洗过手，再次观察电流表指针偏转，发现指针偏转幅度减小，进而该同学得出结论湿度会影响电流表指针偏转幅度。

继而有同学提出是不是与手的温度有关，启发学生用不同温度的手去验证，怎么样获得不同温度的手呢？有同学主动上前实验，首先把手放上去，观察电流表指针偏转，然后通过长时间摩擦双手，使双手温度升高，再次把手放上去，观察电流表指针偏转，果然指针偏转幅度增加了。

于是猜测得到证实，该同学得出结论手的温度越高，电流表指针偏转越明显。

4.分析讨论物理机制教师与学生们初步总结实验结论，电流表指针偏转幅度受到手的湿度与温度影响，并提醒学生这只是实验现象的总结，需要思考为什么会影响，具体怎么影响。

在学生们没有思路的情况下，教师引导学生关注电流表指针偏转方向始终为单一方向的原因，提示学生注意到两块金属板的差异，一块为铜板、另一块为铝板，于是有学生联想到化学电池的正负极，提出电流方向与两块金属板有关，将两块相当于正负极的金属板对调，电流表指针偏转方向会反向，教师鼓励该学生动手实验后证实了其猜测。

教师肯定学生关于化学电池的猜测，进一步给学生讲解化学电池的工作原理，在化学电池原理的思路上，进一步鼓励学生分析本实验设备的工作原理。

学生们提出两块金属板分别相当于电池的两个电极。

人手上有汗液，里面含有一定量的正负离子，相当于电解液。

当双手分别放在铝板和铜板上时，铝比铜活泼，铝板与汗液中的离子发生化学反应，使得铝板上聚集了大量负电荷。

如果用导线把铝板和铜板连接起来，铝板上的电子就会向铜板流动，于是我们就可以在串联在导线中的电流计上观察到电流通过。

教师进一步启发学生在此理论基础上分析手的湿度与温度影响电流表指针偏转幅度的原因，学生们提出洗手前手上汗液中正负离子浓度较高，电化学反应剧烈，生成电子量大，电流表指针偏转明显；洗手后大量离子被洗掉，正负离子浓度降低，电化学反应强度降低，生成电子量减少，因而电流表指针偏转幅度减小。

与学生共同分析温度影响的原因，有学生提出长时间摩擦双手，会出汗，出汗越多正负离子浓度也越大，所以电流表指针偏转越明显，因此温度影响电流表指针偏转幅度只是表象，实质是改变温度过程中出汗导致的正负离子浓度变化的影响。

大学物理演示实验启发式教学模式探索河北联合大学理学院薄惠丰张占新魏环王凤鸣［摘要］本文介绍了大学物理演示实验在物理教学中的特点与意义，并结合教学实践，以“手触电池演示实验”为例探讨了启发式教学模式在大学物理演示实验中的应用。

［关键词］演示实验启发式教学模式作者简介：薄惠丰，博士，河北联合大学理学院。

（下转第150页）——148至此通过引导学生观察实验设备构造，动手尝试，总结实验规律，分析规律特点及物理机制，并用物理机制进一步解释实验现象的引导式、启发式演示实验教学完成了。

在此实验教学过程中，通过学生动手参与，师生互动讨论，课堂气氛活跃，学生们学习积极性极高，在教师的启发下，不同专业背景、不同基础的学生都能参与到思考分析总结的过程中，体会学习过程中的快乐，享受学习带给他们的成果。

通过启发式的演示实验教学实现了激发学生学习兴趣，培养学生观察能力、思维能力、创新能力、探索精神的目的。

四、结语我们应充分完善演示实验课程，进一步推进启发式教学模式在演示物理教学中的应用，使其功能充分发挥出来。

让更多的学生来感受物理的魅力，使学生获取丰富的感性认识，形成鲜明的表象，从思想上热爱科学，主动去探索自然科学的奥秘，提高他们对物理科学以及自然科学的学习兴趣，并通过思考建立正确的物理概念，养成良好的学习态度和学习方法，开阔学生的视野，在培养学生的科学素养，促进学生的综合素质的提高的同时，培养学生理论联系实际的能力和创新能力，为今后专业深造和从事各项工作打下坚实的基础。

参考文献［1］何宇红，王智慧.物理演示实验中培养大学生科技创新能力［J ］.物理教师，2009，30(2)：64～65.［2］蒋雅琴.大学物理演示实验室开放教学初探［J ］.物理与工程，2011，(2).［3］牟怒德，程丽红.探索物理演示实验新模式［J ］.实验室科学，2005，(1).［4］路峻岭编著.物理演示实验教程［M ］.北京：清华大学出版社，2005.［5］吴望生，宋红伟.物理演示实验教学改革探讨［J ］.江汉大学学报，2006.［6］陈健，朱纯.物理课程探究性实验［M ］.南京：东南大学出版社，2007.（上接第148页）从表2可以看出国内生产总值（GDP ）与第三产业占（GDP ）比重、建成区绿化覆盖面积、全年公共汽（电）车客运总量、公共交通运营车（辆）这几个指标有着极其显著的关系，与人均国内生产总值、非农业人口所占比重、城市人口的密度、每万人在校大学生数等指标有显著关系。

可见许多变量之间直接的相关性比较强，证明他们存在信息上的重叠。

（2）确定主成分个数m ；主成份个数提取原则为主成份对应的特征值大于1的前m 个主成份。